顶部溶洞对隧道围岩稳定性影响地数值分析

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1、RIDGEANDBTUNNELENGINEERINGWesternChinaCommunications桥隧工程Science＆Technology西部交通科技文章编号:16734874(2011)020053006顶部溶洞对隧道围岩稳定性影响的数值分析靳晓光，管洪良(重庆大学土木工程学院，重庆400045)摘要:文章以纳黔高速公路叙岭关隧道工程为依托，运用迈达斯GTS分析软件，建立了隧道结构及围岩的计算模型，分析了不同位置、大小的顶部溶洞在隧道开挖过程中对围岩位移、应力、塑性区以及支护结构受力的影响。关键词:顶

2、部溶洞;隧道围岩;稳定性;数值分析+中图分类号:U452.12文献标识码:AQuantitativeAnalysisonEffectsofTopCarstCaveontheStabilityofTunnelSurroundingRockJINXiao-guang，GUANHong-liang(DepartmentofCivilEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing，400045)Abstract:UsingNaqianHighwayXulingguantunnelcon

3、structionasanexample，thearticlecon-structsthecalculatingmodelfortunnelstructureandsurroundingrockwallthroughGTSanalysissoftwareandanalyzesbehaviorofsurroundingrockwalldisplacement，stressforce，plasticzoneandstressforcerelatedwithsupportingcasts．KeyWords:Abovec

4、arstcave;Tunnelrockwall;Stability;Quantityanalysis0引言2作者简介岩溶地区占世界陆地面积的15%，约为2200000km，我国可溶性碳酸岩2靳晓光(1967—)，男，分布面积达3440000km，西南地区分布面积约占50%，其中碳酸岩出露面积硕士研究生导师，主要约占60%。我国碳酸岩分布的主要特点是分布广泛且集中、厚度大、时代老、种从事隧道与地下空间类繁多，是多样性岩溶发育的物质基础。随着我国西部大开发战略的实施，在工程、道路工程、地质岩溶地区修建的隧道工程也越来

5、越多，如何解决在岩溶地区修建隧道遇到的问工程等方面的科研和［1－3］题，成为了解决西部交通问题的关键。教学工作。2011年第2期总第43期53由于在隧道开挖前无法准确的确定溶洞位置、了Ⅲ～Ⅴ类围岩，经现场调查发现，隧道垂直溶隙、发育情况、规模和形态，从而容易发生涌水、涌砂和溶缝与溶洞较发育，是研究的重点所在。地表塌陷等具有极大危害性的地质灾害问题，因此通过超前探测预报来减少或避免盲目施工，消除因2计算参数和模型假定岩溶发育而引发的工程安全隐患显得尤为重［4－7］要。根据岩溶发育的位置和形态，分析隧道施2.1计算假

6、设工对围岩稳定性和变形的影响，以便选择合理的支本文采用迈达斯GTS分析软件进行分析，将［19］护和加固措施，确保安全施工。由于岩溶地区地质模型划分为有限个网格，计算作以下假设:情况的复杂性，溶洞对围岩稳定性的影响有待进一(1)围岩及结构支护体系材料均为均匀的各向［8－9］步研究。赵明阶等通过模型试验来分析不同同性的线弹性材料;尺寸、不同位置的溶洞对围岩稳定性的影响，但是(2)考虑隧道的受力和变形的空间效应;没有系统的考虑溶洞尺寸、位置对围岩及支护结构(3)岩体的初始应力场只考虑自重应力;［10－14］的影响;李苍

7、松等提出了以岩溶发育程度修(4)围岩本构模型采用弹性模型。［15］正系数为核心的岩溶围岩分级的建议标准;王2.2模型介绍勇等使用多元回归和支持向量机方法建立综合考从工程地质勘测资料中可得到隧道围岩分级［16］虑各影响因素的溶洞顶板安全厚度预测模型;情况，选择比较有代表性的IV级围岩段建模分析。臧守杰等以荷载传递线概念为基础提出了岩溶隧选择桩号ZK40+200处，埋深为85m。在计算过程［17］道底板最小安全厚度的半定量评价方法;还有中，为了减少边界效应对计算精度的影响，尽量使部分学者通过现场监控量测和超前预报的方

8、式对边界条件和实际情况相符，根据经典的弹性理论和岩溶隧道进行分析。本文以纳黔高速公路叙岭关工程类比，水平方向选取5倍洞径来分析，下边界隧道(围岩为破碎的石灰岩)为研究对象，通过数值垂直约束，上边界为自由边界，不施加约束，左右两模拟的方式，较为系统的分析了不同尺寸、距离的个方向施加水平约束。为简化模型，隧道埋深上方顶部溶洞对隧道围岩稳定性和变形的影响，探索了简化为一种岩体(